基于TI处理器C2000的自主探测公交车.doc

摘要（中英文） 本设计是基于TI处理器C2000 的 一款自主探测太阳能公交车，一方面是自主探测式的公交车，还有一方面就是最大限度利用太阳能作为公交车备用能源及他用，不仅省人力，还无污染利用太阳能。自主探测公交车应用前景较广，未来在利用太阳能方面有很实际的价值，适合社会的需要，是一款经济型，自主型，便利性的公交车。关键词：C2000 太阳能 自主探测Abstract: Based on the TI MCU C2000,we designed an auto-detected bus using solar energy, on one hand it is a auto-detected bus, on the other hand it can make the best use of solar energy and reserve it for other use ,saving labor power and utilizing solar energy without pollution . Auto-detected bus ,which owns a wide prospect and has a practical value in solar energy ,adapted to high developing society now, it is really economic ,automatic and convenient bus.Key words：C2000 Solar energy Auto-detected 1. 引言1.1设计背景:如今基本所有的城市公交都实现了无人售票，但还没有真正实现无人驾驶的的公交车，更不用说有利用太阳能作为备用能源的公交车。现在大多数公交除了利用燃油，还有就是利用天然气和电能，这些公交车都或多或少都会排放污染物及废物等，且都是人为控制的，司机在常年长时间的驾驶中难免不会出现失误和疲劳驾驶，这样会导致交通事故，对乘客的上下车计数都是人为统计，难免不会出现错误。基于这些考虑，我们设计这一款自主探测式的公交车.1.2.目的分析：我们设计的自主探测公交车应用前景较广，未来在利用太阳能方面有很实际的价值，适合社会日益高速发展的需要，是一款经济型，自主型，便利性的公交车。1.3解决问题： 减少事故发生，实现智能化，还能充分利用自然资源，如太阳能 。 2. 系统方案 本系统主要分为 11 个模块：车体框架、TI 处理器最小系统、电机驱动模块、红外循迹探测模块、红外避障模块、升压电路模块、太阳能采集及控制模块、舵机控制模块、车站识别模块、电源模块、其他辅助功能模块。如图 1图 1 系统设计框图3. 系统硬件设计3.1.硬件模块设计：A:车体结构：采用美国 PTC 公司旗下的产品 Pro/Engineer 软件对车的大体结构进行绘制，对车身各项数据及设备进行了合理的布局。仿真图如图 3.1。图 3.1B:最小系统 : 本系统以 TI 处理器 C2000 为核心构建自护探测公交车系统。TI 处理器C2000 性能高速、能实现实时信号控制器，具有优越的抗干扰性能，丰富的片上资源，接口和总线配备，专门的电机驱动单元，拥有出色的数字信号处理(DSP)性能，先进的中断处理能力，还拥有功能强大的片上外设和可靠的高性能片上内存，自动纠错能力强。且 TI 处理器 C2000 采用单电源供电，功耗远远小于传统单片机，能够适应各种环境，非常适合本控制系统。C:电机 驱动模块：我们采用了两套方案，一种是采用两个半桥智能功率驱动芯片BTS7960B 组合成一个全桥驱动器，驱动直流电机转动。BTS7960B 是应用于电机驱动的大电流半桥集成芯片，它带有一个 P 沟道的高边 MOSFET、一个 N 沟道的低边 MOSFET 和一个驱动 IC。 P 沟道高边开关省去了电荷泵的需求，因而减少了电磁干扰(EMI)。集成的驱动 IC具有逻辑电平输入、电流诊断、斜率调节、死区时间产生和超温、过压、欠压、过流及短路保护功能。BTS7960B 的通态电阻典型值为 16 m，驱动电流可达 43 A，调节 SR 引脚外接电阻的大小可以调节 MOS 管导通和关断时间，具有防电磁干扰功能。IS 引脚是电流检测输出引脚。INH 引脚为使能引脚，IN 引脚用于确定哪个 MOSFET 导通。当 IN=1 且 INH=1时，高边 MOSFET 导通，输出高电平；当 IN=0 且 INH=1 时，低边 MOSFET 导通，输出低电平。通过对下桥臂开关管进行频率为 25 kHz 的脉宽调制(PWM)信号控制 BTS7960B 的开关动作，实现对电机的正反向 PWM 驱动、反接制动、能耗制动等控制状态。另一种是用英飞凌公司提供的 IPP60R950C6 这种 NMOS 管搭建的一个驱动电路（如图 3.2），由于 P 沟道 MOS 管的品种少、价格较高，导通电阻和开关速度等都不如 N 沟道 MOS 管，因此最理想的情况应该是在 H 桥的 4 个桥臂都使用 N 沟道 MOS 管。图 3.2D: 红外循迹探测模块：采用 ST188 实现基本的循迹功能，也就是说我们需规定一个公交车的预走路线，使其能按着规定的路线循迹行走，这样更系统，有规律可循。本设计采用4 个 ST188（如图 3.3）循迹， 2 个辅助循迹，当行走路线变宽后，通过开关控制辅助哦 2个红外传感器使其工作，这样方便实现公交车稳定循迹。这里我们也同样采用一个英飞凌公司 NMOS 管做开关用，NMOS 管栅级接一路 PWM 波控制开/关。如图 3.3E: 红外避障模块：采用了两个 E3F-DS30C4（如图 3.4-右边为实物图）光电开关，通过反射的原理实现对障碍物的检测，供电电源 6V-36V，可检测距离至少为 30cm，稳定性较好，外围电路简单，操作方便。图 3.4F: 升压电路模块：采用 TI 公司的 TPS61175（图 3.5）作为升压电路主控芯片，该芯片输入在 2.9V-18V,可以做为 5V，12V 的开关电源，效率较高，稳压性能较好，输出可以最高达到 38V 电压，非常适合做升压电路模块。图 3.5G: 太阳能采集及控制模块（图 3.6）：关于这个模块我们设计了两套方案：第一套方案：首先对太阳能电池采集的太阳能通过升压电路升到 15V，然后经过 TI 公司LM7815 稳压，最后给蓄电池充电做备用。这个过程需要对太阳能升压电路的电压进行监测，用 TI 公司 LM324 比较器可以实现，同样对输出电压和电流也经过 TI 公司 LM324 进行监测。其中还用到 IPP60R950C6NMOS 管做一个开关对输出电压实现过压保护，如果输出电压过大，这用 PWM 波控制 IPP60R950C6 的栅极使其关闭，这样可以很安全地控制整个电路，对其实现保护的功能。关于太阳能电池，这里我们采用的是多晶硅的太阳能电池，共两块，每一块的最大输入电压是 9V，最大输入电流 170mA，之所以选择多晶硅太阳能电池，是因为比起非晶硅和单晶硅电池，它转换效率相对来说比较高，一般非晶硅转换效率在 8%左右，单晶硅转换效率在 10%-15%左右，而多晶硅转换效率在 12%-16%。图 3.6H：舵机控制模块：采用 S3010 舵机（图 3.7 及舵机实物图） 。主要是用来对前轮转向的控制。该舵机利用输入的 PWM 波来控制转角（关系如图 3.8） ，脉冲周期一般选 20ms 左右。图 3.7 图 3.8 舵机转角与脉宽的关系转 角 脉 宽 微 秒10 150 190+45-450I: 车站识别模块：采用常开的干簧管（如图 3.9）识别车站的磁性的物质，如识别到该物质，则有原来的低电平变到高电平，通过 P10.3 口对该上升沿进行监测，这样监测到该信号时，控制车向车站靠近，并停留一段时间后继续行驶。图 3.9J：电源模块（包括 5v，6v，3.3v）：电源管理模块有用到 TI 公司 TL1963 产生 5V，6V的电源供应，他们都是来源于 7 伏的电池供电的。其中还有一个 4V 电池供电，还有 KIS-3R33S 电源供 3V 左右的电，可以满足不同的电源需求。如图 3.10如图 3.10电源模块电路K: 其他辅助功能模块a:温度检测（图 3.11）采用 TI 公司 DS18B20 芯片，测量温度范围在55 摄氏度到 125 摄氏度之间，具有线路简单，体积小的特点。最大转换时间为 750 ms，转换分辨率可由用户设定，并能长期保存。能够实时监测环境温度，精确度能达到 0.0626，并且可以适应较为复杂的环境。系统将测得的温度数据在四位数码管上输出显示，显示精度为两位有效数字，电路如图所示。图 3.11 图温度传感器 DS18B20 及其显示电路b:湿度检测（图 3.12）采用 DHT11 数字温湿度传感器.DHT11 数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个 NTC 测温元件，并与一个高性能 8 位单片机相连接。该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高，超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达 20 米以上。产品为 4 针单排引脚封装。连接方便，适合对公交车内湿度检测。图 3.12 湿度传感器 DHT11 及外形图3.2 系统软件设计A：控制系统：（图 3.2）软件设计的目的是通过TI处理器C2000对规定的道路进行检测，并对车站进行识别，检测是否有车站的信息，并进行相应控制。软件检测的内容主要包括道路检测，红外避障检测，车站识别监测，车内温湿度监测，太阳能电路电压及充电电路电压和电流的监测等；软件控制的主要内容包括电机控制，舵机控制，显示控制等.软件设计主要是主程序的设计和中断程序的设计。车站和避障检测需要迅速响应，需要在中断程序中实现。而主程序主要负责路面状况检测、电机与舵机控制车内温湿度检测以及液晶显示